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Substitutionsverfahren zur Phasen- und Amplitudenmessung Zusatz zum
Patent 962277
Es ist ein Verfahren bekannt, das es gestattet, mit Hilfe eines gemeinsamen
Zwischengliedes (Verstärker oder Abschwächer), das eingangsseitig zwischen den Spannungsquellen
und ausgangsseitig zwischen den zu vergleichenden Meßspannungen hunter Einfügung
einer Frequenztransformation umgeschaltet wird, Phase und Amplitude zweier Wechselspannungen
zu messen.
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Außer dieser prinzipiellen Aufgabe der Messung von Amplitude und
Phase können bei Anordnungen, die der Durchführung des Verfahrens dienen, noch andere,
unmittelbar mit der Hauptaufgabe verknüpfte Nebenaufgaben, auftreten. Es ist z.
B. bei Verwendung einer solchen Anordnung als Einkanalsichtpeiler notwendig, die
durch die Umschaltung des Zwischengliedes auf Grund der entstehenden S eitenbänder
auftretende Phasen.mehrdeutigkeit zu beseitigen. Die Fehlanzeige, d!ie sich bei
einer Verstimmung des Empfängers sonst ergeben kann, kommt auf folgende Weise zustande:
Betrachtet man die Fig. 1 ohne die unterste Blockzeile (Qc ATK, Mc, S), so hat man
die Empfangsanordnung mit Suhstitutionsumschaltung nach dem Hauptpatent vor sich.
Qa und Qb stellen die beiden' gleidifrequenten Spann,ungsquellen dar, zwischen denen
der Eingang des Zwischen.-gliedes ZG umgeschaltet wird. Die am Ausgang dieses Zwischengliedes
ZG auftretenden Meß-
spannungen, Ma und Mb werden ebenfalls umgeschaltet
und gelangen jeweils auf ein Filter S und von dort aus weiter zum Anzeigegerät.
Die beiden Ubertragungswege Qa - ZG - Ma - S und Qz~ZG-M"-S seien im folgenden »Hauptkanäle«
genannt Es sei nun der Regel entsprechend Uherlagerungsempfang angenommen, der als
En;dprodukt 1000 Hz liefere, die also hinter den. auf diese Frequenz abgestimmten
Sieben auftreten.
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Nimmt man als Umschalltfrequenz für die Sub stitutionsumscltaltung
200 Hz an, so ergeben sich die Seitenfrequenzen 8oo und 1200 Hz, die von den.
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Sieben S zurückgehalten werden. Dabei befinden sich diese Seitenfrequenzen
von Ma-S und M2-S ellen wegen; der Umschaltung stets in Gegenphase.
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Wenn man die Abstimmung des Empfängers nun durchdreh:t und die hinter
den Sieben auftretenden Spannungen beobachtet, kann man ohne ein weiteres Kriterium
nicht feststellen, ob die dort auftretende Spannung vom Träger selbst herrührt oder
von einer Seitenfrequenz. Ist nämlich der Empfänger z. B. auf eine 200 Hz über der
Sollfrequenz liegende Frequenz abgestimmt, so fallen der Träger selbst auf die Frequenz
I200 Hz, die Seitenfrequenzen auf I400 und auf IoooHz. Die auf Iooo Hz fallende
Seitenfrequenz täuscht also den Träger vor und. kann dabei - wegen der gegenphasigen
Umschaltung - gegen den Träger um I800 in der Phase verschoben sein, worauf die
Phasenmehrdeutigkeit entsteht, die zu Fehlanzeigen führt.
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Zur Behebung dieser Mehrdeutigkeit sind bereits mehrere Verfahren
vorgeschlagen worden, die durch das Hauptpatent 962 277 geschützt sind.
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Sie bestehen darin, daß jenes obengenannte, weitere Kriterium durch
zusätzliche Maßnahmen gewonnen wird. Nach einer Lösung besteht dieses Kriterium
aus einer Kennfrequenz, die durch Einführung einer zusätzlichen, langsameren Kennungsumschaltung
gewonnen wird; nach einer zweiten aus einer Kennphase, zu deren Gewinnung die beiden
Meßeingänge vor Beginn der eigentlichen Messung parallel geschaltet werden; nach,einer
dritten Lösung schließlich aus einerKennamplitude, die sich als Differenz von zwei
Amplituden ergibt, die am Ausgang von Sieben auftreten, die auf die beiden oberhalb
und unterhalb des Trägers liegenden Seitenfrequenzen abgestimmt sind.
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Solche Maßnahmen sind im besonderen dann von Bedeutung, wenn die
Anordnung für eine automatisch arbeitende Peilanlage benutzt wird.
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Für die Dauer der Identifizierung des zu peilenden Senders wird dabei
der Empfängereingang fest an die Hilfsantennenspannung, die als Kennspannung dient
gelegt und der Empfang vor der Umschaltung der Ausgangsspannungen wahrnehmbar gemacht.
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Es kann jedoch. bei Kurzzeitpeilungen erforderlich sein, Identifizierung
und Peilung nicht nachr einander vorzunehmen, sondern beide Werte gleichzeitig eindeutig
zur Anzeige zu bringen..
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Lösung dieser Aufgabe in
einfacher Weise.
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Sie gestattet dabei in an sich bekannter Weise gleichzeitig die Lösung
einer Nebenaufgahe, nämlich die der Seitenbestimmung.
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Ferner kann es erwünscht sein, zusätzlich zur Sichtanzeige der Heizwerte
ihre Hörbarmachung (Hörempfang) zu erreichen.
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Schließlich kann es außerdem erwünscht sein, eine Frequenzregelung
einzuführen.
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Auch für die Erfüllung der beiden zuletzt genannten Forderungen bietet
die Erfindung die Grundlage.
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Sie bezieht sich also auf ein Substitutionsverfahren zur Phasen-
und Amplitudenmessung von Wechselspannungen nach Patent 962 277, bei dem ein gemeinsames
Zwischenglied (Verstärker oder Abschwächer) eingangsseitig zwischen den Spannungsquellen
und ausgangsseitig zwischen den zt: vergleichenden Meßspannungen unter Einführung
einer Frequenztransformation rhythmisch umgeschaltet wird (Substitutionsumschaltung).
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Die Erfindung besteht darin, daß zwecks Ausschließung von durch die
Schaltmodulation bedingten und aus der Phasenmehrdeutigkeit sich bei Verstimmung
des Empfängers ergebenden Fehlmessungen eine Kennspannung dadurch gewonnen wird,
daß eine der im Hauptkanal über dessen umschaltbares Zwischenglied übertragenen
Spannungen oder eine ihnen gleichfrequente Spannung einem vom Hauptkanal getrennten
Nebenkanal zugeführt wird, der aus einem dem im Hauptkanal liegenden Zwischenglied
ähnlichen Vierpol besteht, und daß die Ausgangsspannung über ein Filter geleitet
wird, dessen Ausgangsspannung die Kennspannung ist, die den Empfänger automatisch
(oder den Beobachter) befähigt, festzustellen, ob es sich bei der zum Meß- oder
Anzeigeorgan gelangenden Schwingung um den Träger selbst oder eines seiner durch
die Umschaltfrequenz hervorgerufenen Seitenbänder handelt.
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An Hand von Zeichnungen soll die Erfindung und ihre Anwendung zur
Lösung der verschiedenen geschilderten Aufgaben näher erläutert werden.
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Fig. I zeigt eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach
der Erfindung mit dem Nebenkanal; Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer
solchen Anordnung; Fig. 3 zeigt das bei Peilung sich ergebende Schirmbild eines
Braunschen Rohres.
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Der obere Teil der Fig. 1 gibt, wie schon festgestellt, das bereits
bekannte Umschaltverfahren wieder. Diesen bekannten Hauptkanälen ist nunmehr ein
getrennter Nebenkanal (unterer Teil der Fig. I) zugeordnet, der aus der Spannungsquelle
Qc, einem Vierpol NK, ähnlich dem Zwischenglied ZG, der MeßspannungMc und einem
Filter S besteht Die Spannungsquelle QC muß mit den beiden Quellen Qa und Qb gleichfrequent
oder kann selbst eine von ihnen sein.
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Am Ausgang des Nebenkanals entsteht also bei Beaufschlagung mit der
Spannung QC eine nicht schaltmodulierte Meßspannung Mc, die ebenfalls zu einem Filter
S gelangt. Es ist zweckmäßig, die drei
Kanäle in der Frequenzeinstellung
zu kuppeln.
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Diese Kupplung ist in Fig. I schematisch durch die gestrichelten Linien
angedeutet.
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Wird nunmehr die Anordnung auf einen Träger abgestimmt, so erhält
man am Ausgang des Neben kanals, der ja durch die starre Verkupplung gleichzeitig
abgestimmt wirds eine Kennspannung, mit deren Hilfe die im Ruhezustand gesperrte.
Anzeige zur Messung freigegeben wird. Dies kann z. B. durch Hellsteuerung der Sichtanzeige
am Anzeigerohr erreicht werden. Ist der Empfänger verstimmt, so erhält man an dem
Mc nachgeordneten Sieb leine Spannung.
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Für verschiedene Meßzwecke kann die frequenzmäßige Kohärenz der drei
Spannungen Ma, Mb und Me erwünscht sein. Dies kann mit Hilfe der An! ordnung nach
Fig. 2 erreicht werden. Die zur Frequenz trans formation notwendigen Oszillatoren,
t) und Ü2 werden dabei für Hauptkanäle und Neben kanal gemeinsam benutzt. Oberhalb
der strichpunktierten Trennlinie in Fig. 2 sind die Hauptkanäle vereinfacht als
tSberlagerungsempfä,nger gezeichnet. Fe bedeutet die Eingangs spannung, VK sind
die Vorkreise, Ml die ersten Mischstufen, ZF die Zwiscbenfrequenzverstärker, M2
die zweiten. Mischstufen, auf die die Niederfrequenzverstärker NF mit der Ausgangsspannung
Fa folgen. Die gleichen Elemente sind bei dem unterhalb der Trennlinie gezelichneten
Nebenkanal, dessen Frequenz abs timmund mit der des Hauptkanals gekuppelt ist, vorgesehen.
Der zur Erzeugung der Zwischenfrequenz dienende Oszillator Ü1 und der zur Bildung
eines niederfrequenten Schwebungstones dienende Oszillator 2 sind beiden Kanälen
gemeinsam. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Ausgangsspannungen beider
Kanäle frequenzkohärent sind.
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Mit Hilfe des im Rahmen der Erfindung vorgesehenen Nehenkanals, der
nach der bisherigen Beschreibung nur zur Beseitigung einer Phasenmehrdeutigkeit
herangezogen wurde, ist auch für den Fall, daß Haupt- und Nebenkanal frequenzkohärent
sind, eine automatische Seitenbestimmung für Peilzwecke möglich, wie es an sich
bereits bekannt ist. Die Spannungen Qa und Qb werden in einem solchen Fall z. B.
durch die Antennenspannungen zweier gekreuzter Rahmen gebildet, wohingegen Qc der
Hilfsantennenspannung des Systems entspricht. Sieht man zunächst von'. Qc ab und
legt die Qa und Qb entsprechenden Meßspannungen Ma und Mb an die Plattenpaare eines
Braunschen Rohres, dann erscheint ein Strich, dessen Lage die Peilrichtung, noch
mit I800 Mehrdeutigkeit behaftet, angibt.
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Dieses Schirmbild Sch ist in Fig. 3 gezeigt.
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Hierblei ist allerdings zunächst auch der gestrichelte Teil des Striches
ausgezogen zu denken. Es entspreche der Teil des Striches vom Mittelpunkt des Schirmbildes
nach rechts oben der positiven Halbwelle, der Teil nach links unten. der negativen
Halbwelle.
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Die Phasenlage der Hilfsantennenspannung Qc und damit der Spannung
Mc wird, zweckmäßig zu o oder I800 gegenüber den Spannungen Ma und Mt gewählt. Ist
nun das Braunsche Rohr normalerweise gesperrt und legt man Mc zur Hellsteuerung
an, so erfolgt diese nur während der positiven Halbwellen von Mc. Ist Mc in Phase
mit Ma und Alb, SO erfolgt die Aufhellung also nur während der positiven Halbwellen
von Ma und Mi, so daß im angenommenen Beispiel nur der ausgezogene Teil des Striches
sichtbar ist. Damit aber ist die Seite bestinimt.
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Da die Amplitudenverhältnisse der Spannung Mc zur Spannung Ma bzw.
Mo die Länge des aufgehellten Zeigers bestimmen, ist es zweckmäßig, die Amplitude
von Mc einstellbar zu machen. Maximal kann dieser Zeiger gleich dem Radius der Sichtanzeige
werden.
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Die Seitenbestimmung unterliegt bekanntlich gewissen Forderungen
hinsichtlich der Phasen lage zwischen Hiifsanteeeaenspanniung und Peilspannung.
Im Idealfall sollte zwischen diesen beiden Spannungen Gleich- oder Gegenphasigkeit
bestehen. Solange die Phasendifferenz nicht go0 oder darüber beträgt, bleibt jedoch
eine eindeutige Seitenbestimmung erhalten. Da also offensichtlich ein verhåltnismäßig
weiter Spielraum für diese Phasendifferenz zur Verfügung steht, sind daher zur Erhaltung
des elektrischen Gleichlaufs zwischen Vorkreis des Hauptkanals und Vorkreis des
Nebenkanals oder für die Übereinstimmung der elektrischen. Werte der Zwischenfrequenzfilter
bzw. für die Ubereinstimmung der Gesamtverstärkung keine besonderen Maßnahmen erforderlich.
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Der im Rahmen der Erfindung vorgesehene Nebenkanal kann auch fürMithörzwecke
ausgenutzt werden; In einem solchen Fall ist die Sendung während des Peilvorganges
unbeeinflußt durch die Schaltmodu. lation am Nebenkanal abhörbar. So können, z.
B.
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Telegrafiesignale hinter dem zweiten Gleichrichter M2 (Fig. 2) abgenommen
und nach genügender niederfrequenter Verstärkung einem Lautsprecher zugeführt werden.
Durch Umlegen des Schalters Such. (Fig. 2) kann der Empfang von Telefonie ermöglicht
werden. Zu diesem Zweck wird die Eingangssp annung eines Niederfrequenzverstärkers
vor dem zweiten Modulator dein Zwischenfrequenzverstärker entnommen und durch den
Demodulator G gleichgerichtet.
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Des weiteren ist der im Rahmen der Erfindung vorgesehene Nebenkanal
noch für eine Frequenzregelung des Hauptkanals verwendbar. Sollen z. B.
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Peilbeobachtungen über längere Zeiträume durchgeführt werden, so kann
durch gerätebedingte Frequenzänderungen in den beiden Kanälen die Frequenz der Meßspannungen
aus den schmalen Filtern herauswandernw Die am Ausgang des Nebenkanals auftretende
Spannung Mc kann nun mit ihrer Frequenz dazu benutzt werden, die gemeinsamen Oszillatoren
Ü1 und t72 in ihrer Frequenz n,achzuregeln. Auf diese Weise wird eine Frequenzkonstanz
der Meßspannungen erreicht. Zweckmãßigerweise wird eine solche FrequenznachreF lung
über bekannte Brückenschaltungen. vorgenom. men. Es ist mit Hilfe dieser Anordnung
möglich,
bei Verwendung sehr schmaler Filter frequenzinstabile Sender
über eine längere Zeitdauer zu peilen.
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PATENTANSPRtJCEXE: I. Substitutionsverfahren zur Phasen- und Amplitudenmessung
von Wechselspannungen nach Patent 962 277, bei dem ein gemeinsames Zwischenglied
(Verstärker oder Abschwächer) eingangsseitig zwischen den Spannungsquellen und ausgangsseitig
zwischen den zu vergleichenden Meßspannungen unter Einführung einer Frequenztransformation
rhythmisch umgeschaltet wird (Substitutionsumschaltung), dadurch gekennzeichnet,
daß zwecks Ausschließung von durch die Schaltmodulation bedingten und aus der Phasenmehrdeutigkeit
sich bei Verstimmung des Empfängers ergebenden Fehlmessungen eine Kennspannung dadurch
gewonnen wird, daß eine der im Hauptkanal über dessen umschaltbares Zwischenglied
übertragenen Spannungen oder eine ihnen gleichfrequente Spannung einem vom Hauptkanal
getrennten Nebenkanal zugeführt wird, der aus einem dem im Hauptkanal liegenden
Zwischenglied ähnlichen Vierpol besteht, und daß dieAusgangsspannung über ein Filter
geleitet wird, dessen Ausgangsspannung die Kennspannung ist, die den Empfänger automatisch
(oder den Beobachter) befähigt, festzustellen, ob es sich bei der zum Meß- oder
Anzeigeorgan gelangenden Schwingung um den Träger selbst oder eines seiner durch
die Umschaltfrequenz hervorgerufenen Seitenbänder handelt.